JP2014127239A - Electrode composition, electrode and battery - Google Patents

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建三 押原
Wataru Ogiwara
航 荻原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrode composition capable of materializing excellent cycle characteristic, an electrode using the same and a battery.SOLUTION: The electrode composition includes an electrode active material of which the volume is expanded/contracted in charging/discharging, and a conductive material of which the volume is expanded/contracted reversibly. The conductive material includes a hollow conductive material. The electrode composition further includes a binder for binding the electrode active material and the hollow conductive material with each other. The hollow conductive material contains a hollow conductive carbon material. The electrode active material contains at least one kind of element selected from a group comprising silicon, tin and aluminum. The electrode has a collector and an electrode composition layer formed on the collector and including the electrode composition. The battery includes at least one of the electrode.

Description

本発明は、電極用組成物、これを用いた電極及び電池に関する。更に詳細には、本発明の電池は、例えば、電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド電気自動車等の車両のモータ等の駆動用電源や補助電源に用いられる。   The present invention relates to an electrode composition, an electrode using the same, and a battery. More specifically, the battery of the present invention is used as a driving power source or an auxiliary power source for motors of vehicles such as electric vehicles, fuel cell vehicles, and hybrid electric vehicles.

近年、大気汚染や地球温暖化に対処するため、二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)等の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっている。そして、これらの実用化の鍵となるモータ駆動用電池の開発が盛んに行われている。   In recent years, in order to cope with air pollution and global warming, reduction of carbon dioxide emissions has been strongly desired. In the automobile industry, there are high expectations for reducing carbon dioxide emissions by introducing electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV). And development of the battery for motor drive which becomes the key of these practical use is performed actively.

モータ駆動用電池としては、高い理論エネルギーを有するリチウムイオン電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン電池は、一般に、正極と負極とこれらの間に位置する電解質とが電池ケースに収納された構成を有する。正極は、正極活物質を含む正極用スラリーを集電体の表面に塗布して形成され、負極は負極活物質を含む負極用スラリーを集電体の表面に塗布して形成される。   As a battery for driving a motor, a lithium ion battery having a high theoretical energy is attracting attention, and is currently being developed rapidly. In general, a lithium ion battery has a configuration in which a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte positioned therebetween are housed in a battery case. The positive electrode is formed by applying a positive electrode slurry containing a positive electrode active material to the surface of the current collector, and the negative electrode is formed by applying a negative electrode slurry containing a negative electrode active material to the surface of the current collector.

従来、可撓性、集電体との密着性が向上した、電極シートが得られ、さらに、電極材を厚く塗工でき、活物質充填量の増加が可能なことから、高容量かつサイクル特性の優れた電池が提案されている(特許文献1参照。)。   Conventionally, an electrode sheet with improved flexibility and adhesion to the current collector can be obtained, and the electrode material can be applied thickly and the active material filling amount can be increased, resulting in high capacity and cycle characteristics. Has been proposed (see Patent Document 1).

この電池は、曲げ弾性率1000MPa以下、および/または圧縮弾性率500MPa以下、および/または引張弾性率500MPa以下の樹脂を含有する結着剤を用いた電池用電極を用いている。   This battery uses a battery electrode using a binder containing a resin having a flexural modulus of 1000 MPa or less and / or a compressive modulus of elasticity of 500 MPa or less and / or a tensile modulus of elasticity of 500 MPa or less.

特開平9−97611号公報JP-A-9-97611

しかしながら、上記特許文献1に記載された電池においては、引張弾性率の低い結着剤を用いて電極材料の膨張収縮に追従させているため、膨張収縮する電極構造を十分に保持することができず、サイクル特性の劣化防止が不十分であるという問題点があった。   However, since the battery described in Patent Document 1 follows the expansion and contraction of the electrode material using a binder having a low tensile elastic modulus, the electrode structure that expands and contracts can be sufficiently retained. However, there is a problem that the cycle characteristics are not sufficiently prevented from being deteriorated.

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的とするところは、優れたサイクル特性を実現し得る電極用組成物、これを用いた電極及び電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art. And the place made into the objective of this invention is providing the composition for electrodes which can implement | achieve the outstanding cycling characteristics, the electrode using this, and a battery.

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、電極用組成物において、充放電に際して体積膨張収縮する電極活物質と、可逆的に体積膨張収縮する導電材とを含む構成とすることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, in the electrode composition, it is found that the above-mentioned object can be achieved by including an electrode active material that expands and contracts during charge and discharge, and a conductive material that reversibly expands and contracts. The present invention has been completed.

すなわち、本発明の電極用組成物は、充放電に際して体積膨張収縮する電極活物質と、可逆的に体積膨張収縮する導電材とを含むものである。   That is, the electrode composition of the present invention includes an electrode active material that expands and contracts during charge and discharge and a conductive material that reversibly expands and contracts.

また、本発明の電極は、上記本発明の電極用組成物を用いて形成された電極であって、集電体と、該集電体上に形成された上記電極用組成物を含む電極用組成物層とを有するものである。   The electrode of the present invention is an electrode formed using the above-described electrode composition of the present invention, the electrode comprising the current collector and the electrode composition formed on the current collector And a composition layer.

更に、本発明の電池は、上記本発明の電極を少なくとも1つ備えるものである。   Furthermore, the battery of the present invention comprises at least one electrode of the present invention.

本発明によれば、電極用組成物において、充放電に際して体積膨張収縮する電極活物質と、可逆的に体積膨張収縮する導電材とを含む構成とした。そのため、優れたサイクル特性を実現し得る電極用組成物、これを用いた電極及び電池を提供することができる。   According to the present invention, the electrode composition includes an electrode active material that expands and contracts during charge and discharge, and a conductive material that reversibly expands and contracts. Therefore, the composition for electrodes which can implement | achieve the outstanding cycling characteristics, the electrode using this, and a battery can be provided.

図1は、本発明に係る電池の一形態であるリチウムイオン電池の外観を模式的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically showing an external appearance of a lithium ion battery which is an embodiment of the battery according to the present invention. 図2は、図1に示したリチウムイオン電池のII−II線に沿った模式的な断面図である。2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of the lithium ion battery shown in FIG. 図3は、本発明に係る電極の一形態であるリチウムイオン電池用の電極の構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of an electrode for a lithium ion battery which is an embodiment of the electrode according to the present invention. 図4は、本発明に係る電極の一形態であるリチウムイオン電池用の負極の充電状態(a)及び放電状態(b)における概略を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the outline in a charged state (a) and a discharged state (b) of a negative electrode for a lithium ion battery which is an embodiment of the electrode according to the present invention. 図5は、従来の電極の一形態であるリチウムイオン電池用の電極の構成を模式的に示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration of an electrode for a lithium ion battery which is one form of a conventional electrode. 図6は、従来の電極の一形態であるリチウムイオン電池用の負極の充電状態(a)及び放電状態(b)における概略を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the outline of the state of charge (a) and the state of discharge (b) of a negative electrode for a lithium ion battery, which is an embodiment of a conventional electrode. 図7は、各例のサイクル特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the cycle characteristics of each example.

以下、図面を参照しながら、本発明に係る電極用組成物、これを用いた電極及び電池の形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。   Hereinafter, the composition for an electrode according to the present invention, and the form of an electrode and a battery using the composition will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios.

以下、本発明の電極用組成物が適用され得る電極及び電池の基本的な構成を、図面を用いて説明する。本形態では電池としてリチウムイオン電池を例示して説明する。   Hereinafter, basic configurations of an electrode and a battery to which the electrode composition of the present invention can be applied will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a lithium ion battery will be described as an example.

まず、本形態におけるリチウムイオン電池は、セル(単電池層)の電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成できる。そのため、本形態のリチウムイオン電池は、車両の駆動電源用や補助電源用として優れている。その結果、車両の駆動電源用等のリチウムイオン電池として好適に利用できる。このほかにも、携帯電話などの携帯機器向けのリチウムイオン電池にも十分に適用可能である。   First, the lithium ion battery in this embodiment has a large cell (single cell layer) voltage, and can achieve high energy density and high output density. Therefore, the lithium ion battery of this embodiment is excellent for use as a vehicle drive power supply or auxiliary power supply. As a result, it can be suitably used as a lithium ion battery for a vehicle drive power source or the like. In addition to this, the present invention can be sufficiently applied to lithium ion batteries for portable devices such as mobile phones.

また、本形態におけるリチウムイオン電池は、以下に説明する本形態のリチウムイオン電池用の電極用組成物を用いたものであればよく、他の構成要件に関しては、特に制限されるものではない。   Moreover, the lithium ion battery in this form should just use the electrode composition for lithium ion batteries of this form demonstrated below, and it does not restrict | limit in particular regarding another component requirement.

例えば、リチウムイオン電池の使用形態としては、リチウムイオン一次電池及びリチウムイオン二次電池のいずれに用いてもよい。特に、サイクル特性に優れることから、リチウムイオン二次電池として車両の駆動電源用等や携帯電話などの携帯機器向け等に利用するのが好ましい。   For example, the usage form of the lithium ion battery may be used for either a lithium ion primary battery or a lithium ion secondary battery. In particular, since it is excellent in cycle characteristics, it is preferable to use it as a lithium ion secondary battery for a vehicle driving power source or a portable device such as a cellular phone.

また、リチウムイオン電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。例えば、積層型(扁平型)電池構造を採用することによって、ラミネートフィルムを用いて行う簡単な熱圧着などのシール技術を適用して長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。もちろん、このようなラミネート型電池に限定されるものではなく、ボタン型電池、コイン型電池、角形や円筒形の缶型電池など従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。   Further, when the lithium ion battery is distinguished by its form and structure, it can be applied to any conventionally known form and structure such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. . For example, by adopting a laminated (flat) battery structure, it is possible to secure long-term reliability by applying sealing technology such as simple thermocompression using a laminated film, which is advantageous in terms of cost and workability. It is. Of course, the present invention is not limited to such a laminate type battery, and can be applied to any conventionally known form / structure such as a button type battery, a coin type battery, a rectangular or cylindrical can type battery.

更に、リチウムイオン電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池及び双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。なお、双極型電池における電池素子は、一般的に、集電体の一方の表面に負極活物質層が形成され、他方の表面に正極活物質層が形成された双極型電極と、電解質層とを複数積層した構成を有している。   Furthermore, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion battery, it can be applied to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. is there. A battery element in a bipolar battery generally has a bipolar electrode in which a negative electrode active material layer is formed on one surface of a current collector and a positive electrode active material layer is formed on the other surface, and an electrolyte layer. A plurality of layers.

更にまた、リチウムイオン電池内の電解質層の種類で区別した場合には、電解質層に非水系の電解液等の溶液電解質を用いた溶液電解質型電池、電解質層に高分子電解質を用いたポリマー電池など従来公知のいずれの電解質層のタイプにも適用し得るものである。該ポリマー電池は、更に高分子ゲル電解質(単にゲル電解質ともいう。)を用いたゲル電解質型電池、高分子固体電解質(単にポリマー電解質ともいう。)を用いた固体高分子(全固体)型電池に分けられる。   Furthermore, when distinguished by the type of electrolyte layer in the lithium ion battery, a solution electrolyte type battery using a solution electrolyte such as a non-aqueous electrolyte solution for the electrolyte layer, a polymer battery using a polymer electrolyte for the electrolyte layer It can be applied to any conventionally known electrolyte layer type. The polymer battery further includes a gel electrolyte type battery using a polymer gel electrolyte (also simply referred to as a gel electrolyte) and a solid polymer (all solid) type battery using a polymer solid electrolyte (also simply referred to as a polymer electrolyte). It is divided into.

したがって、以下の説明では、リチウムイオン電池用の電極用組成物を用いた非双極型(内部並列接続タイプ)リチウムイオン電池について図面を用いて詳細に説明する。   Therefore, in the following description, a non-bipolar (internal parallel connection type) lithium ion battery using an electrode composition for a lithium ion battery will be described in detail with reference to the drawings.

[電池]
図1は、本発明に係る電池の一形態であるリチウムイオン電池の外観を模式的に示す斜視図である。また、図2は、図1に示したリチウムイオン電池のII−II線に沿った模式的な断面図である。なお、このようなリチウムイオン電池は、ラミネート型リチウムイオン電池と呼ばれる。
[battery]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an external appearance of a lithium ion battery which is an embodiment of the battery according to the present invention. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II of the lithium ion battery shown in FIG. Such a lithium ion battery is called a laminate type lithium ion battery.

図1及び図2に示すように、リチウムイオン電池1は、正極リード21及び負極リード22が取り付けられた電池素子10がラミネートフィルムで形成された外装体30の内部に封入された構成を有している。そして、本形態においては、正極リード21及び負極リード22が、外装体30の内部から外部に向かって、反対方向に導出されている。なお、図示しないが、正極リード及び負極リードが、外装体の内部から外部に向かって、同一方向に導出されていてもよい。また、このような正極リード及び負極リードは、例えば超音波溶接や抵抗溶接などにより後述する正極集電体及び負極集電体それぞれに取り付けることができる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the lithium ion battery 1 has a configuration in which a battery element 10 to which a positive electrode lead 21 and a negative electrode lead 22 are attached is enclosed in an exterior body 30 formed of a laminate film. ing. In this embodiment, the positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 are led out in the opposite direction from the inside of the exterior body 30 to the outside. Although not shown, the positive electrode lead and the negative electrode lead may be led out in the same direction from the inside of the exterior body toward the outside. Moreover, such a positive electrode lead and a negative electrode lead can be attached to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, which will be described later, by ultrasonic welding or resistance welding, for example.

正極リード21及び負極リード22は、例えば、アルミニウム(Al)や銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、これらの合金、ステンレス鋼(SUS)等の金属材料により構成されている。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン電池用のリードとして用いられている従来公知の材料を用いることができる。   The positive electrode lead 21 and the negative electrode lead 22 are made of, for example, a metal material such as aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), alloys thereof, and stainless steel (SUS). However, the material is not limited thereto, and a conventionally known material used as a lead for a lithium ion battery can be used.

なお、正極リード及び負極リードは、同一材質のものを用いてもよく、異なる材質のものを用いてもよい。また、本形態のように、別途準備したリードを後述する正極集電体及び負極集電体に接続してもよいし、後述する各正極集電体及び各負極集電体をそれぞれ延長することによってリードを形成してもよい。図示しないが、外装体から取り出された部分の正極リード及び負極リードは、周辺機器や配線などに接触して漏電したりして製品(例えば、自動車部品、特に電子機器等)に影響を与えないように、耐熱絶縁性の熱収縮チューブなどにより被覆することが好ましい。   The positive electrode lead and the negative electrode lead may be made of the same material or different materials. Further, as in this embodiment, a separately prepared lead may be connected to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector described later, and each positive electrode current collector and each negative electrode current collector described later are extended. The lead may be formed by Although not shown, the positive lead and the negative lead taken out from the exterior body do not affect products (for example, automobile parts, especially electronic devices) by contacting with peripheral devices or wiring and causing electric leakage. Thus, it is preferable to coat with a heat-resistant insulating heat-shrinkable tube or the like.

また、図示しないが、電池外部に電流を取り出す目的で、集電板を用いてもよい。集電板は集電体やリードに電気的に接続され、電池の外装材であるラミネートフィルムの外部に取り出される。集電板を構成する材料は、特に限定されるものではなく、リチウムイオン電池用の集電板として従来用いられている公知の高導電性材料を用いることができる。集電板の構成材料としては、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、これらの合金、ステンレス鋼(SUS)等の金属材料が好ましく、軽量、耐食性、高導電性の観点からアルミニウム(Al)、銅(Cu)などがより好ましい。なお、正極集電板と負極集電板とでは、同一の材質が用いられてもよいし、異なる材質が用いられてもよい。   Further, although not shown, a current collector plate may be used for the purpose of taking out the current outside the battery. The current collector plate is electrically connected to a current collector or a lead, and is taken out of a laminate film that is an exterior material of the battery. The material which comprises a current collector plate is not specifically limited, The well-known highly electroconductive material conventionally used as a current collector plate for lithium ion batteries can be used. As a constituent material of the current collector plate, for example, metal materials such as aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), alloys thereof, and stainless steel (SUS) are preferable, and light weight and corrosion resistance. From the viewpoint of high conductivity, aluminum (Al), copper (Cu), and the like are more preferable. Note that the same material may be used for the positive electrode current collector plate and the negative electrode current collector plate, or different materials may be used.

外装体30は、例えば、小型化、軽量化の観点から、フィルム状の外装材で形成されたものであることが好ましいが、これに限定されるものではなく、リチウムイオン電池用の外装体に用いられている従来公知のものを用いることができる。すなわち、金属缶ケースを適用することもできる。   For example, the exterior body 30 is preferably formed of a film-shaped exterior material from the viewpoint of miniaturization and weight reduction, but is not limited to this, and the exterior body for a lithium ion battery is not limited thereto. Any conventionally known one can be used. That is, a metal can case can also be applied.

なお、高出力化や冷却性能に優れ、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、例えば、熱伝導性に優れた高分子−金属複合ラミネートフィルムを適用することが好ましい。より具体的には、熱圧着層としてのポリプロピレン、金属層としてのアルミニウム、外部保護層としてのナイロンをこの順に積層して成る3層構造のラミネートフィルムの外装材で形成された外装体を好適に用いることができる。   In addition, from the viewpoint that it is excellent in high output and cooling performance, and can be suitably used for batteries for large equipment such as electric vehicles and hybrid electric vehicles, for example, a polymer-metal composite laminate film excellent in thermal conductivity. Is preferably applied. More specifically, an outer package formed of a three-layer laminated film outer package in which polypropylene as a thermocompression bonding layer, aluminum as a metal layer, and nylon as an outer protective layer are laminated in this order is suitably used. Can be used.

なお、外装体は、上述したラミネートフィルムに代えて、他の構造、例えば金属材料を有さないラミネートフィルム、ポリプロピレンなどの高分子フィルム又は金属フィルムなどにより構成してもよい。   Note that the exterior body may be constituted by another structure, for example, a laminate film not having a metal material, a polymer film such as polypropylene, or a metal film, instead of the above-described laminate film.

ここで、外装体の一般的な構成は、外部保護層/金属層/熱圧着層の積層構造で表すことができる(但し、外部保護層及び熱圧着層は複数層で構成されることがある。)。なお、金属層としては、耐透湿性のバリア膜として機能すれば十分であり、アルミニウム箔のみならず、ステンレス箔、ニッケル箔、メッキを施した鉄箔などを使用することができるが、薄く軽量で加工性に優れるアルミニウム箔を好適に用いることができる。   Here, the general structure of an exterior body can be represented by the laminated structure of an external protective layer / metal layer / thermocompression bonding layer (however, the external protective layer and the thermocompression bonding layer may be composed of a plurality of layers. .) As the metal layer, it is sufficient to function as a moisture-permeable barrier film, and not only aluminum foil, but also stainless steel foil, nickel foil, plated iron foil, etc. can be used, but it is thin and lightweight. Thus, an aluminum foil excellent in workability can be suitably used.

外装体として、使用可能な構成を(外部保護層/金属層/熱圧着層)の形式で列挙すると、ナイロン/アルミニウム/無延伸ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート/アルミニウム/無延伸ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート/アルミニウム/ポリエチレンテレフタレート/無延伸ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート/ナイロン/アルミニウム/無延伸ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート/ナイロン/アルミニウム/ナイロン/無延伸ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート/ナイロン/アルミニウム/ナイロン/ポリエチレン、ナイロン/ポリエチレン/アルミニウム/直鎖状低密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート/ポリエチレン/アルミニウム/ポリエチレンテレフタレート/低密度ポリエチレン、及びポリエチレンテレフタレート/ナイロン/アルミニウム/低密度ポリエチレン/無延伸ポリプロピレンなどがある。   The structures that can be used as the exterior body are listed in the form of (external protective layer / metal layer / thermocompression layer). Terephthalate / unstretched polypropylene, polyethylene terephthalate / nylon / aluminum / unstretched polypropylene, polyethylene terephthalate / nylon / aluminum / nylon / unstretched polypropylene, polyethylene terephthalate / nylon / aluminum / nylon / polyethylene, nylon / polyethylene / aluminum / linear Low density polyethylene, polyethylene terephthalate / polyethylene / aluminum / polyethylene terephthalate / Density polyethylene, and a polyethylene terephthalate / nylon / aluminum / low density polyethylene / cast polypropylene.

また、図2に示すように、電池素子10は、正極集電体11Aの両方の主面上に正極活物質層11Bが形成された正極11と、電解質層13と、負極集電体12Aの両方の主面上に負極活物質層12Bが形成された負極12とを複数積層した構成を有している。このとき、正極活物質層11B及び負極活物質層12Bのいずれか一方又は双方の全部又は一部に詳しくは後述する電極用組成物が含まれる。また、一の正極11の正極集電体11Aの片方の主面上に形成された正極活物質層11Bと該一の正極11に隣接する負極12の負極集電体12Aの片方の主面上に形成された負極活物質層12Bとが電解質層13を介して向き合う。このようにして、正極11、電解質層13、負極12の順に複数積層されている。   As shown in FIG. 2, the battery element 10 includes a positive electrode 11 in which a positive electrode active material layer 11B is formed on both main surfaces of the positive electrode current collector 11A, an electrolyte layer 13, and a negative electrode current collector 12A. A plurality of negative electrodes 12 each having a negative electrode active material layer 12B formed on both main surfaces are stacked. At this time, the electrode composition described later in detail is included in either or both of the positive electrode active material layer 11B and the negative electrode active material layer 12B. Further, the positive electrode active material layer 11B formed on one main surface of the positive electrode current collector 11A of one positive electrode 11 and the one main surface of the negative electrode current collector 12A of the negative electrode 12 adjacent to the one positive electrode 11 The negative electrode active material layer 12 </ b> B formed on the surface of the substrate faces the electrolyte layer 13. In this way, a plurality of positive electrodes 11, electrolyte layers 13, and negative electrodes 12 are stacked in this order.

これにより、隣接する正極活物質層11B、電解質層13及び負極活物質層12Bは、1つの単電池層14を構成する。従って、本形態では、リチウムイオン電池1は、単電池層14が複数積層されることにより、電気的に並列接続された構成を有するものとなる。なお、正極及び負極は、各集電体の一方の主面上に各活物質層が形成されているものであってもよい。本形態においては、例えば、電池素子10の最外層に位置する負極集電体12aには、片面のみに、負極活物質層12Bが形成されている。   As a result, the adjacent positive electrode active material layer 11B, electrolyte layer 13 and negative electrode active material layer 12B constitute one unit cell layer. Therefore, in this embodiment, the lithium ion battery 1 has a configuration in which a plurality of single battery layers 14 are stacked and electrically connected in parallel. In addition, the positive electrode and the negative electrode may have each active material layer formed on one main surface of each current collector. In this embodiment, for example, the negative electrode current collector 12a located in the outermost layer of the battery element 10 has the negative electrode active material layer 12B formed only on one side.

また、単電池層の外周には、隣接する正極集電体や負極集電体の間を絶縁するための絶縁層(図示せず)が設けられていてもよい。このような絶縁層は、例えば、電解質層などに含まれる電解質を保持し、単電池層の外周に、電解質の液漏れを防止する材料により形成されることが好ましい。具体的には、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリウレタン(PUR)、ポリアミド系樹脂(PA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリスチレン(PS)、ポリイミド(PI)SBRなどの汎用プラスチックや熱可塑オレフィンゴムなどを使用することができる。また、シリコーンゴムを使用することもできる。   In addition, an insulating layer (not shown) may be provided on the outer periphery of the unit cell layer to insulate between the adjacent positive electrode current collector and negative electrode current collector. Such an insulating layer is preferably formed of, for example, a material that holds the electrolyte contained in the electrolyte layer and the like and prevents electrolyte leakage from the outer periphery of the single cell layer. Specifically, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyurethane (PUR), polyamide resin (PA), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polystyrene (PS), polyimide (PI) ) General-purpose plastics such as SBR and thermoplastic olefin rubbers can be used. Silicone rubber can also be used.

[電極及び電極用組成物]
図3は、本発明に係る電極の一形態であるリチウムイオン電池用の電極の構成を模式的に示す斜視図である。図3に示すように、リチウムイオン電池用の電極50は、集電体51Aと、集電体51A上に形成された電極用組成物層51Bとを有する。また、電極用組成物層は51Bは電極用組成物60を含み、電極用組成物60は充放電に際して体積膨張収縮する電極活物質61と、可逆的に体積膨張収縮する導電材62と、電極活物質61と導電材62とを互いに結着させる結着材63とを含む。なお、リチウムイオン電池用の電極50は、正極及び負極のいずれか一方又は双方に適用することができる。このとき、集電体51A、電極活物質61、導電材62、結着材63などの構成部材や材料は適用する電極の正負に応じて適宜選択することができる。また、リチウムイオン電池用の電極は、適用する正極活物質や負極活物質の種類にもよるが、充放電に際してより体積膨張収縮する負極活物質が適用されるリチウムイオン電池用の負極に適用することが好適である。なお、電極活物質と導電材との接触を保つことができれば、結着材は必須構成材料でなく、必要に応じて添加することができるものである。
[Electrode and electrode composition]
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of an electrode for a lithium ion battery which is an embodiment of the electrode according to the present invention. As shown in FIG. 3, an electrode 50 for a lithium ion battery includes a current collector 51A and an electrode composition layer 51B formed on the current collector 51A. The electrode composition layer 51B includes an electrode composition 60. The electrode composition 60 includes an electrode active material 61 that expands and contracts during charge and discharge, a conductive material 62 that reversibly expands and contracts, and an electrode. It includes a binding material 63 that binds the active material 61 and the conductive material 62 to each other. In addition, the electrode 50 for lithium ion batteries is applicable to any one or both of a positive electrode and a negative electrode. At this time, constituent members and materials such as the current collector 51A, the electrode active material 61, the conductive material 62, and the binder 63 can be appropriately selected according to the polarity of the applied electrode. In addition, the electrode for a lithium ion battery is applied to a negative electrode for a lithium ion battery to which a negative electrode active material that expands and contracts by volume during charge / discharge is applied, depending on the type of positive electrode active material and negative electrode active material to be applied. Is preferred. If the contact between the electrode active material and the conductive material can be maintained, the binder is not an essential constituent material but can be added as necessary.

[電極におけるメカニズム]
また、図4は、本発明に係る電極の一形態であるリチウムイオン電池用の負極の充電状態(a)及び放電状態(b)における概略を説明する図である。図4に示すように、リチウムイオン電池用の電極50は、集電体51Aと、集電体51A上に形成された電極用組成物層51Bとを有する。電極用組成物層51Bの一例である負極用組成物層は、負極活物質61aと、導電材62aと、負極活物質61a及び導電材62aを互いに結着させる結着材63aとを含む負極用組成物60aを含む。充電状態において、リチウムを吸蔵した負極活物質61aは膨張し、これにより導電材62aが直接ないし結着材63aを介して力を受けて収縮することによって、電極用組成物層51Bの破壊が回避される。この結果、電池のサイクル特性が向上することとなる。また、放電状態において、リチウムを放出した負極活物質61aが収縮することに伴って、復元力によって導電材62aが膨張することによって、空隙が生じることが回避され、導電パスの切断が回避される。この結果、電池のサイクル特性が向上することとなる。また、充放電における電極活物質の体積膨張収縮による電極用組成物層の破壊を、所定の導電材を添加することにより回避することができるため、例えば、ケイ素系負極において、現時点では、電極破壊の回避のために理論容量の20%程度を使用しているが、その使用割合を高めることができ、更なる高エネルギー密度化、高出力化を図ることも可能である。
[Mechanism in electrode]
Moreover, FIG. 4 is a figure explaining the outline in the charge state (a) and discharge state (b) of the negative electrode for lithium ion batteries which is one form of the electrode which concerns on this invention. As shown in FIG. 4, an electrode 50 for a lithium ion battery includes a current collector 51A and an electrode composition layer 51B formed on the current collector 51A. The negative electrode composition layer, which is an example of the electrode composition layer 51B, includes a negative electrode active material 61a, a conductive material 62a, and a binder 63a that binds the negative electrode active material 61a and the conductive material 62a to each other. Composition 60a is included. In the charged state, the negative electrode active material 61a that occludes lithium expands, and the conductive material 62a contracts by receiving a force directly or through the binder 63a, thereby avoiding the destruction of the electrode composition layer 51B. Is done. As a result, the cycle characteristics of the battery are improved. Further, in the discharge state, as the negative electrode active material 61a that has released lithium contracts, the conductive material 62a expands due to the restoring force, thereby avoiding the generation of voids and avoiding the cutting of the conductive path. . As a result, the cycle characteristics of the battery are improved. In addition, since the destruction of the electrode composition layer due to the volume expansion and contraction of the electrode active material during charging and discharging can be avoided by adding a predetermined conductive material, for example, in the case of a silicon-based negative electrode, at present, the electrode destruction In order to avoid this, about 20% of the theoretical capacity is used, but the usage rate can be increased, and further higher energy density and higher output can be achieved.

なお、図示しないが、リチウムイオン電池用の正極に適用された場合には、充電状態において、リチウムを放出した正極活物質は収縮し、復元力によって導電材が膨張することによって、空隙が生じることが回避され、導電パスの切断が回避される。また、放電状態において、リチウムを吸蔵した正極活物質が膨張することに伴って、これにより導電材が直接ないし結着材を介して力を受けて収縮することによって、電極用組成物層の破壊が回避される。この結果、電池のサイクル特性が向上することとなる。   Although not shown, when applied to a positive electrode for a lithium ion battery, the positive electrode active material from which lithium is released contracts in a charged state, and a conductive material expands due to restoring force, thereby generating voids. Is avoided and disconnection of the conductive path is avoided. In addition, in the discharge state, as the positive electrode active material that occludes lithium expands, the conductive material contracts by receiving a force directly or through a binder, thereby destroying the electrode composition layer. Is avoided. As a result, the cycle characteristics of the battery are improved.

一方、図5は、従来の電極の一形態であるリチウムイオン電池用の電極の構成を模式的に示す斜視図である。図5に示すように、リチウムイオン電池用の電極70は、集電体71Aと、集電体71A上に形成された電極用組成物層71Bとを有する。また、電極用組成物層は71Bは電極用組成物80を含み、電極用組成物80は充放電に際して体積膨張収縮する電極活物質81と、可逆的に体積膨張収縮しない導電材82と、電極活物質81と導電材82とを互いに結着させる結着材83とを含む。   On the other hand, FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration of an electrode for a lithium ion battery which is one form of a conventional electrode. As shown in FIG. 5, an electrode 70 for a lithium ion battery includes a current collector 71A and an electrode composition layer 71B formed on the current collector 71A. The electrode composition layer 71B includes an electrode composition 80. The electrode composition 80 includes an electrode active material 81 that expands and contracts during charge and discharge, a conductive material 82 that does not reversibly expand and contract, and an electrode. A binder 83 that binds the active material 81 and the conductive material 82 to each other.

また、図6は、従来の電極の一形態であるリチウムイオン電池用の負極の充電状態(a)及び放電状態(b)における概略を説明する図である。図6に示すように、リチウムイオン電池用の電極70は、集電体71Aと、集電体71A上に形成された電極用組成物層71Bとを有する。電極用組成物層71Bの一例である負極用組成物層は、負極活物質81aと、導電材82aと、負極活物質81a及び導電材82aを互いに結着させる結着材83aとを含む負極用組成物80aを含む。充電状態において、リチウムを吸蔵した負極活物質81aは膨張し、これにより導電材82aが直接ないし結着材83aを介して力を受けても収縮しないことによって、電極用組成物層71Bの破壊が進行する。この結果、電池のサイクル特性が低下することとなる。また、放電状態において、リチウムを放出した負極活物質81aが収縮することに伴って、導電材82aが膨張しないことによって、空隙が生じ、導電パスが切断される。この結果、電池のサイクル特性が低下することとなる。   Moreover, FIG. 6 is a figure explaining the outline in the charge state (a) and discharge state (b) of the negative electrode for lithium ion batteries which is one form of the conventional electrode. As shown in FIG. 6, an electrode 70 for a lithium ion battery includes a current collector 71A and an electrode composition layer 71B formed on the current collector 71A. The negative electrode composition layer, which is an example of the electrode composition layer 71B, includes a negative electrode active material 81a, a conductive material 82a, and a binder 83a that binds the negative electrode active material 81a and the conductive material 82a to each other. Contains composition 80a. In the charged state, the negative electrode active material 81a that occludes lithium expands. As a result, the conductive material 82a does not contract even if it receives a force directly or through the binder 83a, so that the electrode composition layer 71B is destroyed. proceed. As a result, the cycle characteristics of the battery are degraded. Further, in the discharged state, the conductive material 82a does not expand as the negative electrode active material 81a that has released lithium contracts, whereby a void is generated and the conductive path is cut. As a result, the cycle characteristics of the battery are degraded.

以下、各構成について詳細に説明する。   Hereinafter, each configuration will be described in detail.

(集電体)
正極集電体11A及び負極集電体12Aは、導電性材料から構成される。集電体の大きさは、電池の使用用途に応じて決定することができる。例えば、高エネルギー密度が要求される大型の電池に用いられるのであれば、面積の大きな集電体が用いられる。集電体の厚さについても特に制限されるものではない。集電体の厚さは、通常は1〜100μm程度である。また、集電体の形状についても特に制限されるものではない。図2に示す電池素子10では、集電箔のほか、網目形状のもの(エキスパンドグリッド等)等を用いることができる。なお、負極活物質の一例である薄膜合金をスパッタ法等により負極集電体12A上に直接形成する場合には、集電箔を用いるのが好ましい。
(Current collector)
The positive electrode current collector 11A and the negative electrode current collector 12A are made of a conductive material. The size of the current collector can be determined according to the intended use of the battery. For example, if it is used for a large battery that requires a high energy density, a current collector having a large area is used. The thickness of the current collector is not particularly limited. The thickness of the current collector is usually about 1 to 100 μm. Further, the shape of the current collector is not particularly limited. In the battery element 10 shown in FIG. 2, in addition to the current collector foil, a mesh-shaped one (expanded grid or the like) can be used. In addition, when forming the thin film alloy which is an example of a negative electrode active material directly on the negative electrode collector 12A by sputtering method etc., it is preferable to use current collection foil.

集電体を構成する材料についても特に制限されるものではない。例えば、金属や、導電性高分子材料又は非導電性高分子材料に導電性フィラーが添加された樹脂を採用することができる。   There are no particular limitations on the material constituting the current collector. For example, a metal or a resin in which a conductive filler is added to a conductive polymer material or a non-conductive polymer material can be employed.

導電性フィラーの添加量は、集電体に十分な導電性を付与できる量であれば特に制限はなく、一般的には、5〜35質量%程度である。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン電池用の集電体として用いられている従来公知の材料を用いることができる。   The amount of the conductive filler added is not particularly limited as long as it is an amount capable of imparting sufficient conductivity to the current collector, and is generally about 5 to 35% by mass. However, the material is not limited thereto, and a conventionally known material used as a current collector for a lithium ion battery can be used.

(電極活物質)
必須構成材料として含まれる電極活物質としては、充放電に際して体積膨張収縮するものであれば、特に制限されるものではなく、従来のリチウムイオン電池に適用される正極活物質や負極活物質を適用することができる。なお、本発明において「充放電に際して体積膨張収縮するもの」とは、充電に際して体積膨張すると共に放電に際して体積収縮するものに限定されるものではなく、充電に際して体積収縮すると共に放電に際して体積膨張するものも含む意味に解釈しなければならない。また、電極活物質の形状や構成元素は走査型電子顕微鏡(SEM)による観察やエネルギー分散型蛍光X線分光法(EDX)による分析で特定することができる。
(Electrode active material)
The electrode active material included as an essential constituent material is not particularly limited as long as it expands and contracts during charge and discharge, and a positive electrode active material and a negative electrode active material applied to conventional lithium ion batteries are applied. can do. In the present invention, “the one that expands and contracts during charging / discharging” is not limited to the one that expands during charging and contracts during discharging, but contracts during charging and expands during discharging. Must be interpreted to include. The shape and constituent elements of the electrode active material can be specified by observation with a scanning electron microscope (SEM) or analysis by energy dispersive X-ray fluorescence spectroscopy (EDX).

リチウムイオン電池における代表的な正極活物質としては、リチウムを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を挙げることができる。このような正極材料としては、例えば容量、出力特性の観点からリチウム含有化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えばリチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物や、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物、リチウムと遷移金属元素とを含む硫酸化合物、リチウムと遷移金属元素と含む固溶体が挙げられるが、より高い容量、出力特性を得る観点からは、特にリチウム−遷移金属複合酸化物が好ましい。   As a typical positive electrode active material in a lithium ion battery, a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium can be given. As such a positive electrode material, for example, a lithium-containing compound is preferable from the viewpoint of capacity and output characteristics. Examples of such lithium-containing compounds include composite oxides containing lithium and transition metal elements, phosphate compounds containing lithium and transition metal elements, sulfate compounds containing lithium and transition metal elements, and lithium and transition metals. A solid solution containing an element can be mentioned, and a lithium-transition metal composite oxide is particularly preferable from the viewpoint of obtaining higher capacity and output characteristics.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LiNiCoO)、リチウムニッケルマンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn1.5)、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物(Li(NiMnCo)O、Li(LiNiMnCo)O)、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)などが挙げられる。また、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO)やリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFeMnPO)などが挙げられる。なお、これらの複合酸化物において、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属の一部を他の元素で置換したものなどを挙げることもできる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel composite oxide (LiNiO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (LiNiCoO 2 ), and lithium nickel. Manganese composite oxide (LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ), lithium nickel manganese cobalt composite oxide (Li (NiMnCo) O 2 , Li (LiNiMnCo) O 2 ), lithium manganese composite oxide having a spinel structure (LiMn 2 O 4 ) and the like. Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) and a lithium iron manganese phosphate compound (LiFeMnPO 4 ). In these composite oxides, for example, for the purpose of stabilizing the structure, a part of the transition metal may be substituted with another element.

リチウムと遷移金属元素と含む固溶体の具体例としては、xLiM・(1−x)LiII(0<x<1、Mは平均酸化状態が3+、MIIは平均酸化状態が4+である1種類以上の遷移金属元素)、LiMIII−LiMn(MIIIはNi、Mn、Co、Fe等の遷移金属元素)などが挙げられる。なお、上記以外の正極活物質を用いてもよく、例えば、リチウム金属を用いることもできる。また、これらの正極活物質は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン電池用の正極活物質として用いられている従来公知の材料を用いることができる。 As a specific example of a solid solution containing lithium and a transition metal element, xLiM I O 2. (1-x) Li 2 M II O 3 (0 <x <1, M I is an average oxidation state 3+, M II is an average And one or more transition metal elements having an oxidation state of 4+), LiM III O 2 —LiMn 2 O 4 (M III is a transition metal element such as Ni, Mn, Co, or Fe). In addition, you may use positive electrode active materials other than the above, for example, a lithium metal can also be used. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of two or more. However, it is not limited to these, The conventionally well-known material used as a positive electrode active material for lithium ion batteries can be used.

リチウムイオン電池における代表的な負極活物質としては、リチウム、リチウム合金、又はリチウムを吸蔵及び放出することが可能な負極材料を挙げることができる。このような負極材料としては、例えば、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、水素(H)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銀(Ag)、金(Au)、カドミウム(Cd)、水銀(Hg)、ガリウム(Ga)、タリウム(Tl)、炭素(C)、窒素(N)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、酸素(O)、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、塩素(Cl)等のリチウムと合金化する元素の単体、合金、及びこれらの元素を含む酸化物(一酸化ケイ素(SiO)、SiO(0<x<2)、二酸化錫(SnO)、SnO(0<x<2)、SnSiOなど)及び炭化物(炭化ケイ素(SiC)など)等;リチウム金属等の金属材料;リチウム−チタン複合酸化物(チタン酸リチウム:LiTi12)等のリチウム−遷移金属複合酸化物を挙げることができる。 As a typical negative electrode active material in a lithium ion battery, there can be mentioned lithium, a lithium alloy, or a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium. Examples of such negative electrode materials include silicon (Si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), aluminum (Al), indium (In), zinc (Zn), hydrogen (H), Calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), iridium (Ir), palladium (Pd), platinum (Pt), silver (Ag), gold (Au), Cadmium (Cd), mercury (Hg), gallium (Ga), thallium (Tl), carbon (C), nitrogen (N), antimony (Sb), bismuth (Bi), oxygen (O), sulfur (S), Elemental elements and alloys of elements to be alloyed with lithium such as selenium (Se), tellurium (Te) and chlorine (Cl), and oxides containing these elements (silicon monoxide (SiO), SiO x (0 <x < 2), Tin oxide (SnO 2), SnO x ( 0 <x <2), etc. SnSiO 3) and carbides such as (silicon carbide (SiC)) or the like; a metal material of a lithium metal or the like; lithium - titanium composite oxide (lithium titanate : Lithium-transition metal composite oxides such as: Li 4 Ti 5 O 12 ).

その中でも、ケイ素(Si)や錫(Sn)、アルミニウム(Al)などの元素を含有するものは負極活物質として好適である。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて適用することができる。また、ケイ素(Si)を含有する(Si系)負極活物質の好適例としては、Si−M合金(Mは亜鉛(Zn)、錫(Sn)、チタン(Ti)及びアルミニウム(Al)からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素である。)や、一酸化ケイ素(SiO)などを挙げることができる。ここで、SiOには、一部がSiOとなっているアモルファスケイ素も含まれる。Si系負極活物質は、充電の際に4倍程度まで体積膨張することがあるため、本発明を適用する例として特に好ましい。 Among them, those containing elements such as silicon (Si), tin (Sn), and aluminum (Al) are suitable as the negative electrode active material. These can be applied alone or in combination of two or more. Moreover, as a suitable example of the (Si type) negative electrode active material containing silicon (Si), an Si-M alloy (M is made of zinc (Zn), tin (Sn), titanium (Ti), and aluminum (Al)). And at least one element selected from the group) and silicon monoxide (SiO). Here, SiO includes amorphous silicon partially made of SiO 2 . The Si-based negative electrode active material is particularly preferable as an example to which the present invention is applied because the volume of the Si-based negative electrode active material may expand to about 4 times during charging.

なお、上記以外の高結晶性カーボンであるグラファイト(天然グラファイト、人造グラファイト等)、低結晶性カーボン(ソフトカーボン、ハードカーボン)、カーボンブラック(ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック等)、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリルなどの炭素材料からなる負極活物質を用いてもよい。   Other than the above, graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.), low crystalline carbon (soft carbon, hard carbon), carbon black (Ketjen black, acetylene black, channel black, lamp black, oil) Furnace black, thermal black, etc.), fullerenes, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanohorns, carbon fibrils and other negative electrode active materials may be used.

また、これらの負極活物質は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン電池用の負極活物質として用いられている従来公知の材料を用いることができる。   Moreover, these negative electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. However, it is not limited to these, The conventionally well-known material used as a negative electrode active material for lithium ion batteries can be used.

また、活物質それぞれ固有の効果を発現する上で、最適な粒径が異なる場合には、それぞれの固有の効果を発現する上で最適な粒径同士を混合して用いればよく、全ての活物質の粒径を均一化させる必要はない。例えば、正極活物質として粒子形態の酸化物を用いる場合、酸化物の平均粒子径は、既存の正極活物質層に含まれる正極活物質の平均粒子径と同程度であればよく、特に制限されない。高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmの範囲であればよい。また、例えば、負極活物質として粒子形態の合金を用いる場合、合金の平均粒子径は、既存の負極活物質層に含まれる負極活物質の平均粒子径と同程度であればよく、特に制限されない。高出力化の観点からは、好ましくは1〜20μmの範囲であればよい。ただし、このような範囲に何ら制限されるものではなく、本発明の作用効果を有効に発現できるものであれば、この範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。   In addition, when the optimum particle diameter is different in expressing the unique effect of each active material, the optimum particle diameters may be mixed and used for expressing each unique effect. There is no need to make the particle size of the material uniform. For example, when an oxide in the form of particles is used as the positive electrode active material, the average particle size of the oxide may be approximately the same as the average particle size of the positive electrode active material included in the existing positive electrode active material layer, and is not particularly limited. . From the viewpoint of increasing the output, it is preferably in the range of 1 to 20 μm. Further, for example, when a particle-form alloy is used as the negative electrode active material, the average particle size of the alloy may be approximately the same as the average particle size of the negative electrode active material contained in the existing negative electrode active material layer, and is not particularly limited. . From the viewpoint of increasing the output, it is preferably in the range of 1 to 20 μm. However, it is not limited to such a range, and it goes without saying that it may be outside this range as long as the effects of the present invention can be effectively expressed.

なお、本明細書中において、「粒子径」とは、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用いて観察される活物質粒子(観察面)の輪郭線上の任意の2点間の距離のうち、最大の距離を意味する。「平均粒子径」の値としては、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用するものとする。   In the present specification, the “particle diameter” is the contour line of the active material particles (observation surface) observed using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). It means the maximum distance among the distances between any two points. As the value of “average particle diameter”, the average particle diameter of particles observed in several to several tens of fields using an observation means such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). The calculated value shall be adopted.

他の構成成分の粒子径や平均粒子径も同様に定義することができる。ただし、このような範囲に何ら制限されるものではなく、本発明の作用効果を有効に発現できるものであれば、この範囲を外れていてもよいことは言うまでもない。   The particle diameters and average particle diameters of other components can be defined in the same manner. However, it is not limited to such a range, and it goes without saying that it may be outside this range as long as the effects of the present invention can be effectively expressed.

(導電材)
必須構成材料としての導電材としては、可逆的に体積膨張収縮するものであれば、特に制限されるものではない。例えば、中空導電炭素材、中空導電樹脂などの中空導電材を適用することができる。中空導電炭素材としては、フラーレンや炭素ナノパイプセル、炭素バルーンなどを挙げることができる。中空導電炭素材は、軽量且つ安価に電極性能を向上できるという観点から好ましい。炭素バルーンの具体例としては、リグニンブラックを挙げることができる。リグニンブラックなどの可逆的に体積膨張収縮するもののみを導電材として適用してもよいが、更に、リチウムイオン電池用の導電材として用いられている従来公知の材料を適宜添加してもよい。具体的には、例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、気相成長炭素繊維などの炭素材料を挙げることができる。また、導電材と結着材の機能を併せ持つ導電結着材を必須構成材料としての導電材と共に併用してもよい。導電結着材としては、例えば、既に市販のTAB−2(宝泉株式会社製)を用いることができる。
(Conductive material)
The conductive material as the essential constituent material is not particularly limited as long as it can reversibly expand and contract in volume. For example, a hollow conductive material such as a hollow conductive carbon material or a hollow conductive resin can be applied. Examples of the hollow conductive carbon material include fullerene, a carbon nanopipe cell, and a carbon balloon. The hollow conductive carbon material is preferable from the viewpoint that the electrode performance can be improved at low cost and at low cost. Specific examples of carbon balloons include lignin black. Only a material that reversibly expands and contracts, such as lignin black, may be applied as a conductive material, but a conventionally known material used as a conductive material for a lithium ion battery may be added as appropriate. Specifically, carbon materials, such as carbon black, such as acetylene black, a graphite, and a vapor growth carbon fiber, can be mentioned, for example. Moreover, you may use together the conductive binder which has the function of a conductive material and a binder together with the conductive material as an essential constituent material. As the conductive binder, for example, commercially available TAB-2 (manufactured by Hosen Co., Ltd.) can be used.

(結着材)
結着材としては、特に限定されるものではないが、例えば、以下の材料が挙げられる。
ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、セルロース、カルボキシメチルセルロース(CMC)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物などの熱可塑性高分子、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴム、エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、スチレン・ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミドであることがより好ましい。これらの好適な結着材は、耐熱性に優れ、さらに電位窓が非常に広く正極電位、負極電位双方に安定であり正極(及び負極)活物質層に使用が可能である。しかしながら、これらに限定されるものではなく、リチウムイオン電池用の結着材として従来用いられている公知の材料を用いることができる。これらの結着材は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
(Binder)
Although it does not specifically limit as a binder, For example, the following materials are mentioned.
Polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyether nitrile (PEN), polyacrylonitrile (PAN), polyimide (PI), polyamide (PA), cellulose, carboxymethylcellulose (CMC), ethylene-acetic acid Vinyl copolymer, polyvinyl chloride (PVC), styrene / butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, ethylene / propylene / diene copolymer, styrene / butadiene / styrene block copolymer, and Its hydrogenated product, thermoplastic polymer such as styrene / isoprene / styrene block copolymer and its hydrogenated product, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoro Tylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene / tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene / Fluoropolymers such as chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE) and polyvinyl fluoride (PVF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene fluororubber (VDF-HFP fluoropolymer), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetra Fluoroethylene fluoro rubber (VDF-HFP-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluoro rubber (VDF-PFP fluoro rubber), vinylidene fluoride- Interfluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFMVE-TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride -Vinylidene fluoride-based fluororubber such as chlorotrifluoroethylene-based fluororubber (VDF-CTFE-based fluororubber), epoxy resin and the like. Among these, polyvinylidene fluoride, polyimide, styrene / butadiene rubber, carboxymethyl cellulose, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyacrylonitrile, and polyamide are more preferable. These suitable binders are excellent in heat resistance, have a very wide potential window, are stable at both the positive electrode potential and the negative electrode potential, and can be used for the positive electrode (and negative electrode) active material layer. However, the material is not limited to these, and a known material conventionally used as a binder for a lithium ion battery can be used. These binders may be used alone or in combination of two or more.

電極活物質層に含まれる結着材量は、電極活物質及び導電材を結着することができる量であれば特に限定されるものではないが、好ましくは電極活物質層に対して、0.5〜15質量%であり、より好ましくは1〜10質量%である。   The amount of the binder contained in the electrode active material layer is not particularly limited as long as it is an amount capable of binding the electrode active material and the conductive material, but is preferably 0 with respect to the electrode active material layer. It is 5-15 mass%, More preferably, it is 1-10 mass%.

また、各活物質層(集電体片面の活物質層)の厚さについても特に限定されるものではなく、電池についての従来公知の知見を適宜参照することができる。一例を挙げると、各活物質層の厚さは、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視など)、イオン伝導性を考慮し、通常1〜500μm程度、好ましくは2〜100μmである。   Further, the thickness of each active material layer (active material layer on one side of the current collector) is not particularly limited, and conventionally known knowledge about the battery can be referred to as appropriate. For example, the thickness of each active material layer is usually about 1 to 500 μm, preferably 2 to 100 μm in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.) and ion conductivity.

(電解質層)
電解質層13としては、例えば、後述するセパレータに保持させた電解液や高分子ゲル電解質、固体高分子電解質を用いて層構造を形成したもの、更には、高分子ゲル電解質や固体高分子電解質を用いて積層構造を形成したものなどを挙げることができる。
(Electrolyte layer)
As the electrolyte layer 13, for example, an electrolyte solution, a polymer gel electrolyte, a solid polymer electrolyte formed in a separator described later, and a layer structure formed using a solid polymer electrolyte, or a polymer gel electrolyte or a solid polymer electrolyte are used. Examples thereof include those having a laminated structure formed thereon.

電解液としては、例えば、通常リチウムイオン電池で用いられるものであることが好ましく、具体的には、有機溶媒に支持塩(リチウム塩)が溶解した形態を有する。リチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF)、六フッ化タンタル酸リチウム(LiTaF)、四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl)、リチウムデカクロロデカホウ素酸(Li10Cl10)等の無機酸陰イオン塩、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li(CFSON)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(Li(CSON)等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも1種類のリチウム塩等を挙げることができる。また、有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)等の環状カーボネート類;ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等の鎖状カーボネート類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等のエーテル類;γ−ブチロラクトン等のラクトン類;アセトニトリル等のニトリル類;プロピオン酸メチル等のエステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから1種類又は2種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の有機溶媒を用いたものなどが使用できる。なお、セパレータとしては、例えば、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)等のポリオレフィンからなる微多孔膜や多孔質の平板、更には不織布を挙げることができる。 For example, it is preferable that the electrolytic solution is usually used in a lithium ion battery. Specifically, the electrolytic solution has a form in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in an organic solvent. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), six Inorganic acid anion salts such as lithium fluorotantalate (LiTaF 6 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ), lithium decachlorodecaborate (Li 2 B 10 Cl 10 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3) Organic acids such as SO 3 ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li (CF 3 SO 2 ) 2 N), lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide (Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N) List at least one lithium salt selected from anionic salts Can. Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC) and ethylene carbonate (EC); chain carbonates such as dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC). Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane; lactones such as γ-butyrolactone; nitriles such as acetonitrile; methyl propionate; Esters such as amides; Amides such as dimethylformamide; One using at least one selected from methyl acetate and methyl formate, or a mixture using an organic solvent such as an aprotic solvent can be used. . Examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene (PE) and polypropylene (PP), a porous flat plate, and a nonwoven fabric.

高分子ゲル電解質としては、高分子ゲル電解質を構成するポリマーと電解液を従来公知の比率で含有したものを挙げることができる。例えば、イオン伝導度などの観点から、数質量%〜98質量%程度とするのが望ましい。高分子ゲル電解質は、イオン導伝性を有する固体高分子電解質に、通常リチウムイオン電池で用いられる上記電解液を含有させたものである。しかしながら、これに限定されるものではなく、リチウムイオン導伝性を持たない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも含まれる。   Examples of the polymer gel electrolyte include those containing a polymer constituting the polymer gel electrolyte and an electrolytic solution in a conventionally known ratio. For example, from the viewpoint of ionic conductivity and the like, it is desirable to set it to about several mass% to 98 mass%. The polymer gel electrolyte is a solid polymer electrolyte having ion conductivity containing the above-described electrolytic solution usually used in a lithium ion battery. However, the present invention is not limited to this, and includes a structure in which a similar electrolyte solution is held in a polymer skeleton having no lithium ion conductivity.

高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。なお、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などは、どちらかと言うとイオン伝導性がほとんどない部類に入るものであるため、上記イオン伝導性を有する高分子とすることもできるが、ここでは高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子として例示したものである。   Examples of the polymer having no lithium ion conductivity used in the polymer gel electrolyte include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyacrylonitrile (PAN), and polymethyl methacrylate (PMMA). Can be used. However, it is not necessarily limited to these. In addition, since polyacrylonitrile (PAN), polymethyl methacrylate (PMMA), and the like are in a class that has almost no ionic conductivity, it can be a polymer having the ionic conductivity. Here, the polymer used for the polymer gel electrolyte is exemplified as a polymer having no lithium ion conductivity.

固体高分子電解質は、例えばポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)などに上記リチウム塩が溶解して成る構成を有し、有機溶媒を含まないものを挙げることができる。したがって、電解質層が固体高分子電解質から構成される場合には電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上させることができる。   Examples of the solid polymer electrolyte include a structure in which the lithium salt is dissolved in polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), and the like, and does not contain an organic solvent. Therefore, when the electrolyte layer is composed of a solid polymer electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.

電解質層の厚みは、内部抵抗を低減させるという観点からは薄い方が好ましい。電解質層の厚みは、通常1〜100μmであり、好ましくは5〜50μmである。なお、高分子ゲル電解質や固体高分子電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現させることができる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)やポリプロピレンオキシド(PPO))に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。   The thickness of the electrolyte layer is preferably thinner from the viewpoint of reducing internal resistance. The thickness of the electrolyte layer is usually 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm. A polymer gel electrolyte or a solid polymer electrolyte matrix polymer can exhibit excellent mechanical strength by forming a cross-linked structure. In order to form a crosslinked structure, a suitable polymerization initiator is used to polymerize a polymer for forming a polymer electrolyte (for example, polyethylene oxide (PEO) or polypropylene oxide (PPO)) by thermal polymerization, ultraviolet polymerization, A polymerization treatment such as radiation polymerization or electron beam polymerization may be performed.

次に、上述したリチウムイオン電池の製造方法について一例を挙げて説明する。
まず、正極を作製する。例えば粒状の正極活物質を用いる場合には、上述した正極活物質と、必要に応じて添加する導電材、バインダー及び粘度調整溶剤とを混合し、正極用スラリーを作製する。次いで、この正極用スラリーを正極集電体に塗布し、乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層を形成する。
Next, an example is given and demonstrated about the manufacturing method of the lithium ion battery mentioned above.
First, a positive electrode is produced. For example, when a granular positive electrode active material is used, the positive electrode active material described above is mixed with a conductive material, a binder, and a viscosity adjusting solvent that are added as necessary to prepare a positive electrode slurry. Next, this positive electrode slurry is applied to a positive electrode current collector, dried, and compression molded to form a positive electrode active material layer.

また、負極を作製する。例えば粒状の負極活物質を用いる場合には、充放電に際して体積膨張収縮する負極活物質及び可逆的に体積膨張収縮する導電材と、必要に応じて添加するバインダー及び粘度調整溶剤とを混合し、負極用スラリーを作製する。この後、この負極用スラリーを負極集電体に塗布し、乾燥させ、圧縮成型して負極活物質層を形成する。   Moreover, a negative electrode is produced. For example, when using a granular negative electrode active material, a negative electrode active material that expands and contracts during charging and discharging, and a conductive material that reversibly expands and contracts, and a binder and a viscosity adjusting solvent that are added as necessary are mixed. A negative electrode slurry is prepared. Thereafter, the negative electrode slurry is applied to a negative electrode current collector, dried, and compression molded to form a negative electrode active material layer.

次いで、正極に正極リードを取り付けるとともに、負極に負極リードを取り付けた後、正極、セパレータ及び負極を積層する。更に、積層したものを高分子−金属複合ラミネートシートで挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状の外装体とする。   Next, the positive electrode lead is attached to the positive electrode and the negative electrode lead is attached to the negative electrode, and then the positive electrode, the separator, and the negative electrode are laminated. Further, the laminated product is sandwiched between polymer-metal composite laminate sheets, and the outer peripheral edge except one side is heat-sealed to form a bag-like exterior body.

しかる後、六フッ化リン酸リチウムなどのリチウム塩と、炭酸エチレンなどの有機溶媒を含む非水電解質を準備し、外装体の開口部から内部に注入して、外装体の開口部を熱融着し封入する。これにより、ラミネート型のリチウムイオン電池が完成する。   After that, a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate and an organic solvent such as ethylene carbonate is prepared and injected into the interior through the opening of the exterior body, and the opening of the exterior body is thermally melted. Wear and enclose. Thereby, a laminate-type lithium ion battery is completed.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples and comparative examples.

(実施例1)
<負極の作製>
まず、負極活物質としてのSiO(平均粒子径:5μm)、導電材としてのリグニンブラック及びカーボンブラック、並びに結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)を80:2.5:2.5:15の質量比で混練して固形分を得た。次いで、得られた固形分に、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極用組成物層用スラリーを得た。しかる後、負極集電体としての銅箔(厚さ:10μm)の一方の主面に、得られた負極用組成物層用スラリーを塗布し乾燥させた後、他方の主面にも塗布し乾燥させ、プレス処理をして、負極集電体の両方の主面に負極用組成物層を有する負極を得た。
Example 1
<Production of negative electrode>
First, SiO (average particle diameter: 5 μm) as a negative electrode active material, lignin black and carbon black as conductive materials, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are 80: 2.5: 2.5: 15. The solid content was obtained by kneading at a mass ratio of Next, an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the obtained solid content to obtain a slurry for a negative electrode composition layer. Thereafter, the obtained slurry for negative electrode composition layer is applied to one main surface of a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector, dried, and then applied to the other main surface. It was dried and pressed to obtain a negative electrode having a negative electrode composition layer on both main surfaces of the negative electrode current collector.

<正極の作製>
正極活物質としてのLiMnO(平均粒子径:10μm)、導電材としてのアセチレンブラック(平均粒子径:0.1μm)及び結着材としてのPVDFを85:5:10の質量比で混練して固形分を得た。次いで、得られた固形分に、スラリー粘度調整溶媒であるNMPを適量添加して、正極用組成物層用スラリーを得た。しかる後、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚さ:10μm)の一方の主面に、得られた正極用組成物層用スラリーを塗布し乾燥させた後、他方の主面にも塗布し乾燥させ、プレス処理をして、正極集電体の両方の主面に正極用組成物層を有する正極を得た。
<Preparation of positive electrode>
LiMnO 2 (average particle size: 10 μm) as a positive electrode active material, acetylene black (average particle size: 0.1 μm) as a conductive material, and PVDF as a binder were kneaded at a mass ratio of 85: 5: 10. A solid was obtained. Next, an appropriate amount of NMP, which is a slurry viscosity adjusting solvent, was added to the obtained solid content to obtain a positive electrode composition layer slurry. Thereafter, the obtained slurry for the positive electrode composition layer is applied to one main surface of an aluminum foil (thickness: 10 μm) as a positive electrode current collector, dried, and then applied to the other main surface. It was dried and pressed to obtain a positive electrode having a positive electrode composition layer on both main surfaces of the positive electrode current collector.

<電解液の作製>
エチレンカーボネート(EC)及びジエチルカーボネート(DEC)を1:2の体積比で混合して溶媒を得た。しかる後、得られた溶媒に、支持塩としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を濃度が1mol/Lとなるように溶解させたものを電解液とした。
<Preparation of electrolyte>
Ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 1: 2 to obtain a solvent. Thereafter, an electrolyte was prepared by dissolving lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as a supporting salt in the obtained solvent so as to have a concentration of 1 mol / L.

<電池の作製>
正極と負極の集電体部分にリードを溶接した。これらリードを溶接した負極と正極との間に多孔質ポリプロピレン製セパレータを挟んで積層体を作製した。次いで、アルミラミネートフィルム製で積層体の両側を挟み込み、3辺を熱圧着封止して積層体を収納した。この積層体に、電解液としての混合溶液を注入した後、残りの1辺を熱圧着封止して、図2に示すようなラミネート型のリチウムイオン電池を作製した。
<Production of battery>
Leads were welded to the current collector portions of the positive electrode and the negative electrode. A laminate was prepared by sandwiching a porous polypropylene separator between the negative electrode and the positive electrode welded with these leads. Subsequently, the laminate was made of aluminum laminate film, sandwiched on both sides of the laminate, and sealed by thermocompression bonding on three sides. After injecting a mixed solution as an electrolytic solution into this laminate, the remaining one side was thermocompression sealed to produce a laminate type lithium ion battery as shown in FIG.

(実施例2)
負極の作製に当たり、負極活物質としてのSiO(平均粒子径:5μm)、導電材としてのリグニンブラック及びカーボンブラック、並びに結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)を80:5:0:15の質量比で混練して固形分を得、次いで、得られた固形分に、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極用組成物層用スラリーを得、しかる後、負極集電体としての銅箔(厚さ:10μm)の一方の主面に、得られた負極用組成物層用スラリーを塗布し乾燥させた後、他方の主面にも塗布し乾燥させ、プレス処理をして得られた負極集電体の両方の主面に負極用組成物層を有する負極を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン電池を得た。
(Example 2)
In preparation of the negative electrode, SiO (average particle diameter: 5 μm) as the negative electrode active material, lignin black and carbon black as the conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as the binder were 80: 5: 0: 15 A solid content is obtained by kneading at a mass ratio, and then an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), which is a slurry viscosity adjusting solvent, is added to the obtained solid content to obtain a slurry for a composition layer for a negative electrode. Then, after applying and drying the obtained slurry for negative electrode composition layer on one main surface of a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector, the other main surface also The same operation as in Example 1 was repeated except that a negative electrode having a negative electrode composition layer on both main surfaces of a negative electrode current collector obtained by applying, drying and pressing was used. An example lithium ion battery was obtained.

(比較例1)
負極の作製に当たり、負極活物質としてのSiO(平均粒子径:5μm)、導電材としてのアセチレンブラック(平均粒子径:0.1μm)及び結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)を80:5:15の質量比で混練して固形分を得、次いで、得られた固形分に、スラリー粘度調整溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量添加して、負極用組成物層用スラリーを得、しかる後、負極集電体としての銅箔(厚さ:10μm)の一方の主面に、得られた負極用組成物層用スラリーを塗布し乾燥させた後、他方の主面にも塗布し乾燥させ、プレス処理をして得られた負極集電体の両方の主面に負極用組成物層を有する負極を用いたこと以外は、実施例1と同様の操作を繰り返して、本例のリチウムイオン電池を得た。
(Comparative Example 1)
In preparation of the negative electrode, SiO (average particle diameter: 5 μm) as a negative electrode active material, acetylene black (average particle diameter: 0.1 μm) as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are 80: 5. : Knead | mixed by 15 mass ratio, solid content was obtained, then, N-methyl- 2-pyrrolidone (NMP) which is a slurry viscosity adjustment solvent was added to the obtained solid content, and the composition layer for negative electrodes The slurry for an anode was obtained, and then the obtained slurry for a composition layer for a negative electrode was applied to one main surface of a copper foil (thickness: 10 μm) as a negative electrode current collector and then dried. The same operation as in Example 1 was repeated except that the negative electrode having the negative electrode composition layer was used on both main surfaces of the negative electrode current collector obtained by applying the coating onto the surface, drying, and pressing. Thus, a lithium ion battery of this example was obtained.

[性能評価]
上記各例のリチウムイオン電池に対して、25℃の大気中で、定電流定電圧方式(CCCV、電流:0.1C、電圧:4.2V)で13時間充電処理を行った。次いで、10分間休止後、定電流方式(CC、電流:0.1C)で2.5Vまで放電処理を行った。
[Performance evaluation]
The lithium ion batteries of the above examples were charged in the air at 25 ° C. for 13 hours by the constant current and constant voltage method (CCCV, current: 0.1 C, voltage: 4.2 V). Next, after resting for 10 minutes, discharge treatment was performed to 2.5 V by a constant current method (CC, current: 0.1 C).

続いて、更に、10分間休止後、定電流定電圧方式(CCCV、電流:1C、電圧4.2V)で3時間充電した。しかる後、定電流方式(CC、電流:0.1C)で2.5Vまで放電させ、放電容量を測定した。これらのサイクルを繰り返し(サイクル試験)、各サイクルにおける放電容量の値を算出した。得られた結果を図7に示す。   Subsequently, after 10 minutes of rest, the battery was charged for 3 hours by a constant current constant voltage method (CCCV, current: 1 C, voltage 4.2 V). Thereafter, the battery was discharged to 2.5 V by a constant current method (CC, current: 0.1 C), and the discharge capacity was measured. These cycles were repeated (cycle test), and the value of the discharge capacity in each cycle was calculated. The obtained results are shown in FIG.

図7より、本発明の範囲に属する実施例1及び実施例2は、本発明外の比較例1と比較して、優れたサイクル特性を有することが分かる。   FIG. 7 shows that Example 1 and Example 2 belonging to the scope of the present invention have excellent cycle characteristics as compared with Comparative Example 1 outside the present invention.

以上、本発明を若干の具体例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。   Although the present invention has been described above with some specific examples, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention.

すなわち、上記具体例においては、電極用組成物を適用する電極として、リチウムイオン電池用の電極を例示したが、これに限定されるものではなく、本発明の電極用組成物はキャパシタ用の電極に適用することもできる。   That is, in the above specific example, the electrode for the lithium ion battery is exemplified as the electrode to which the electrode composition is applied. However, the present invention is not limited to this, and the electrode composition of the present invention is an electrode for a capacitor. It can also be applied to.

1 リチウムイオン電池
10 電池素子
11 正極
11A 正極集電体
11B 正極活物質層
12 負極
12A、12a 負極集電体
12B 負極活物質層
13 電解質層
14 単電池層
21 正極リード
22 負極リード
30 外装体
50、70 電極
51A、71A 集電体
51B、71B 電極用組成物層
60、80 電極用組成物
60a、80a 負極用組成物
61、81 充放電に際して体積膨張収縮する電極活物質
61a、81a 充放電に際して体積膨張収縮する負極活物質
62、62a 可逆的に体積膨張収縮する導電材
63、63a、83、83a 結着材
82、82a 可逆的に体積膨張収縮しない導電材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion battery 10 Battery element 11 Positive electrode 11A Positive electrode collector 11B Positive electrode active material layer 12 Negative electrode 12A, 12a Negative electrode collector 12B Negative electrode active material layer 13 Electrolyte layer 14 Single battery layer 21 Positive electrode lead 22 Negative electrode lead 30 Exterior body 50 70 Electrode 51A, 71A Current collector 51B, 71B Electrode composition layer 60, 80 Electrode composition 60a, 80a Negative electrode composition 61, 81 Electrode active material 61a, 81a that expands and contracts during charge / discharge Charge / discharge Negative electrode active materials 62, 62a that expand and contract by volume Conductive materials 63, 63a, 83, 83a that reversibly expand and contract binders 82, 82a Conductive materials that do not reversibly expand and contract by volume

Claims (7)

充放電に際して体積膨張収縮する電極活物質と、
可逆的に体積膨張収縮する導電材と、を含む
ことを特徴とする電極用組成物。
An electrode active material that expands and contracts during charge and discharge; and
And a conductive material that reversibly expands and contracts in volume.
上記導電材が、中空導電材を含有することを特徴とする請求項1に記載の電極用組成物。   The electrode composition according to claim 1, wherein the conductive material contains a hollow conductive material. 上記電極活物質と上記中空導電材とを互いに結着させる結着材を更に含み、
上記中空導電材が、中空導電炭素材を含有する
ことを特徴とする請求項2に記載の電極用組成物。
A binder that binds the electrode active material and the hollow conductive material to each other;
The electrode composition according to claim 2, wherein the hollow conductive material contains a hollow conductive carbon material.
上記電極活物質がケイ素、錫及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含有する電極活物質であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の電極用組成物。   The electrode active material according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrode active material is an electrode active material containing at least one element selected from the group consisting of silicon, tin and aluminum. Composition. 請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の電極用組成物を用いて形成された電極であって、
集電体と、該集電体上に形成された上記電極用組成物を含む電極用組成物層とを有することを特徴とする電極。
An electrode formed using the electrode composition according to any one of claims 1 to 4,
An electrode comprising: a current collector; and an electrode composition layer including the electrode composition formed on the current collector.
請求項5に記載の電極を少なくとも1つ備えることを特徴とする電池。   A battery comprising at least one electrode according to claim 5. 上記電池がリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項6に記載の電池。   The battery according to claim 6, wherein the battery is a lithium ion secondary battery.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105244509A (en) * 2015-11-17 2016-01-13 天津市捷威动力工业有限公司 Metal conductive agent and lithium ion battery using conductive agent
CN105244477A (en) * 2014-08-27 2016-01-13 深圳市国创新能源研究院 Silicon carbon composite negative electrode material and preparation method therefor
CN105406079A (en) * 2015-12-17 2016-03-16 佛山市南海区欣源电子有限公司 Lithium ion battery negative pole piece and preparation method thereof

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